淺析吸氣式感煙火災探測報警系統在數據中心機房中的應用

徐振生

（中鐵城建集團北京工程有限公司，北京 100024）

傳統的煙感火災報警系統，火災燃燒點的煙霧濃度需達到3%～5%，煙霧還需擴散，等到進入煙霧探測傳感器內，才會發出火災報警。吸氣式感煙火災探測報警系統，則通過探測、分析空氣中的煙塵顆粒的濃度，當煙塵顆粒濃度達到設定值時，就能發出火災報警，具有極高的靈敏度。吸氣式感煙火災探測報警系統能探測到電氣設備中的電纜、電線以及其他可燃材料，因電氣裝置發熱而產生的煙塵顆粒，發出報警，提醒運維人員查找高溫點，找出火災隱患。此時，過熱高溫點還未產生明顯的、肉眼還觀察不到的煙霧。因此，吸氣式感煙火災探測報警系統也被稱為極早期火災報警系統，廣泛應用于電氣設備集中的變、配電室、強電電纜井，設備數量多且昂貴、安全要求級別高的數據中心機房等重要場所。

1 工程實例概況

已竣工的中國證券期貨業南方信息技術中心位于東莞市鳳崗鎮鳳德嶺村，一期工程是改建一棟建筑面積約為2.7 萬m2的三層樓廠房。原建筑為家具廠房，改造為數據中心，改造后建筑物的火災危險性等級仍為丙級，耐火等級為一級。建筑共三層，高度為17.4 m。其中一層為動力配電中心，共有2個動力制冷站，制冷站啟動控制室，1個柴油發電機并機控制室，8個變配電室，8個電池室，1個安防監控室，1個動力監控室，2個弱電機房等。二、三層為模塊機房，每層各有12個模塊化數據中心機房，2個中央配線間。屋面上安裝有冷卻塔、新風機、衛星天線等設備，有1個衛星收發機房。

每個無人值守的配電室、電池室、運營商機房、中央配線間、模塊機房、衛星通信機房以及強、弱電井等共安裝97臺吸氣式感煙火災探測報警主機，取代傳統的煙感探測傳感器，并與溫感式探測傳感器一起，作為氣體滅火系統控制器的兩個聯動控制輸入信號。一層的安防/消防控制室設置單獨的極早期空氣采樣早期煙霧探測系統顯示控制系統，通過網絡聯線與每個區域內的極早期探測器聯網，顯示探測器工作狀態，接收報警、故障及其他信息。

2 系統概述

2.1 系統組成簡介

吸氣式感煙火災探測報警系統由采樣管網、吸氣泵、云霧室、LED激光探測腔、分析處理及控制電路、顯示模塊、編程輸出模塊等組成。采樣管網和吸氣泵的作用是把被保護區域的空氣吸入到火災探測報警器中，以進行檢測分析。云霧室的作用是短暫存儲采集到的空氣樣本。LED激光探測腔有產生激光的LED裝置和反光鏡等，以對收集到的空氣樣本進行激光照射。處理器及控制電路的作用是把激光散射量的變化，轉換成電信號，并與存儲的設置參數進行分析比較。顯示模塊的作用是顯示、輸出煙塵顆粒濃度信息、報警信息等。編程模塊的作用是人工輸入有關參數和程序等。

2.2 吸氣式煙霧探測系統的工作原理

一般情況下，在火災發生前，都會有煙塵產生，此煙塵若能更早的被發現，就能更快地進行報警，從而能更早地進行火災控制與人員疏散。為了能更早地發現煙塵，吸氣式煙霧探測系統一改傳統點式探測系統被動探測的方式，轉換理念，主動對空氣進行采樣探測，將保護區域內的空氣通過吸氣泵吸進探測系統的采樣管道，通過過濾器進入云霧室和探測腔，測量LED光源發出的激光束照射到空氣樣本上。如果空氣樣本中有煙霧粒子存在，光束將產生散射，通過反光鏡的折射后，光接收器接收散射的光信號。光信號的強弱變化，通過光電傳感器轉換成電信號，再通過處理轉換成數字信號，以測出空氣樣本中的煙霧粒子濃度。當煙霧粒子濃度達到設定值時，觸發輸出報警裝置，即發出警報。利用激光散射技術探測空氣中煙霧粒子的濃度，其靈敏度非常高，可以探測到物質陰燃（明燃前）階段的微小煙霧粒子。

2.3 本工程中吸氣式探測系統

如圖1所示，東莞數據中心工程采用了以FMST為代表的第五代探測報警系統。

圖1 吸氣式探測系統示意圖

探測器由吸氣泵通過采樣管對防火分區內的空氣進行采樣。被吸進采樣管的空氣被輸送到主機后，由主機里面的激光槍進行分析，從而得出空氣中煙霧粒子的濃度。

如果空氣超過預定的煙霧粒子濃度，主機就會分警告、行動、火警1、火警2四個階段報警。高靈敏度煙霧探測器是儀表級的懸液計，它可以在360°的范圍內接收激光照射到煙霧粒子上而產生的散射光。其實際靈敏度為0.001 %obs/m，是傳統探測器的2 000倍。

與其他常規吸氣式煙霧探測系統不同，工程中的FMST吸氣式感煙火災探測器是利用激光探測技術和微處理器控制技術的煙霧檢測裝置，如圖2所示，其改善了以往煙霧探測設備的性能，簡化了操作并增加了探測的可靠性。通過采樣管網上的采樣孔，不斷地采集空氣樣品，然后對采樣空氣進行過濾并傳送至激光探測腔，通過光散射技術，探測到微量的煙霧，然后根據煙霧濃度和預設的環境參數產生一個適宜的輸出信號，從而發出各級報警，報警信號發出后，探測器就會對所有采樣管進行快速掃描，確定煙霧來自哪根采樣管，并將相關報警信息，如煙霧濃度、報警時間、哪根采樣管報警等具體信息顯示在自帶的液晶屏上。

圖2 FMST吸氣式感煙探測系統工作原理圖

東莞數據中心工程中，模塊機房內采用了冷通道遏制系統，通過對數據中心模塊機房冷通道進行密閉處理，大約有90%以上的冷風可以直接送到冷通道內而進入服務器機柜，所有機柜排出的熱空氣被送回到空調機組回風口處理，從而使熱風不再進入機柜的前面。在這種新型機房中，吸氣式探測系統通過以下方式，可以方便地應用于整個系統中。

（1）將管路敷設在地板下，對地板下的設備、強弱電線路和儀器進行監控；

（2）根據機房空調送回風的氣流組織，將管路敷設在空調、通風設備的回風口處，就可以及時探測到整個機房環境內的煙霧變化。

2.4 吸氣式探測系統的誤報率

一般情況下，靈敏度和誤報率是一對矛盾體，靈敏度越高，誤報率也會越高。如何來解決這個問題，力爭達到零誤報的目的，吸氣式感煙火災探測系統對此問題進行了深入研究，徹底解決這一矛盾，這主要基于本系統涵蓋了大量火災或干擾信號以及火災發展的一般特點，專業的智能信號處理軟件能夠利用煙霧發展模型來區分真火和干擾信號，有效防止誤報，但不降低靈敏度。

3 系統安裝要求

3.1 探測報警主機安裝

吸式感煙火災探測報警主機沒有特別要求，一般安裝在被防護區內，要求安裝牢固，不歪斜。位置選擇于方便操作、拆卸維護，利于采樣管網安裝等。安裝高度以方便目測顯示屏為宜，壁掛安裝高度一般為1.5 m。

探測器的電纜、引線要求：配線整齊，固定牢固，沒有交叉；每個接線端子上連接的導線不超過2根；探測器電源接入消防電源，禁止使用電源插頭；電纜芯線、導線留有20 cm余量；導線端有清晰的編號。

3.2 采樣管選擇

吸氣式感煙火災探測報警系統采樣管及管件，如采樣頭、彎管、直通、三通、末端帽、支管等材料，可選用鍍鋅鋼管、銅管、PVC/ABS塑料管等，選用PVC/ABS塑料管時應選用難燃管。采樣管的外徑一般為25 mm，內徑一般為21 mm。

3.3 采樣管長度要求

1臺高靈敏度探測器的靈敏度為0.005 %obs/m，如果采樣管上一共100個孔，則采樣孔的靈敏度就變為0.5 %obs/m。為了保證足夠的靈敏度，必須按照設計，合適開孔。一般吸氣式感煙火災探測主機的采樣管的總長度不宜超過200 m，采樣孔不超過100個；單管長度不超過100 m，采樣孔不超過25個。采用毛細管方式布置，毛細管長度不超過4 m。

3.4 采樣管管件選擇要求

采樣管網中不能用彎管器彎管，也不可選用直角彎頭，必須選用彎半徑為70 mm的彎頭。

3.5 采樣管網安裝

（1）采樣管在地板下、天花板上安裝時，應采用獨立的懸掛固定裝置。避免和其他管線搭接，使采樣管受力而斷裂。采樣管的直線段，每隔1.5～2 m設一個吊掛或支撐點，吊桿直徑不低于10 mm。（2）超過20 m以上的采樣管安裝，要加裝水平橫梁，用于固定采樣管。（3）采樣管內的雜物必須清理干凈?？上却蚝貌蓸涌?，用高壓空氣吹掃，清理干凈管內的雜物后，再進行粘接。（4）相對密閉的配電柜、機柜等，可安裝毛細管取樣。（5）對于內梁高度超過600 mm的探測區域，可采用手杖式采樣方式，在梁窩內的最高點設置探測孔，而且每個梁窩區域內至少設一個采樣孔。（6）采樣管距墻邊、梁邊的水平距離不小于0.5 m；采樣孔周圍0.5 m范圍內，不應有遮擋物；采樣孔距空調送風口邊的水平距離不小于1 m；至多口送風頂棚的孔口的水平距離不小于0.3 m。（7）非高靈敏度吸氣式感煙火災探測系統的采樣管網安裝高度不宜超過16 m；高靈敏度吸氣式感煙火災探測系統的采樣管網安裝高度超過16 m，必須保證有2個以上的采樣孔被布置在16 m以下的區域。

4 系統調試

系統調試前應按設計要求查驗設備的規格、型號和數量，對每一臺探測器通電，進行檢查，確認正常工作后，進行系統調試。

系統通電后，對以下參數進行設定：

（1）對探測器的煙霧報警閾值及延時參數進行設定；（2）對探測器的氣流報警閾值進行設定；（3）吸氣泵的轉數進行調整；（4）報警區域、位置編號設定；（5）需自動記錄的事件設定；（6）聯動輸出測試；（7）設備說明書中所要求的參數設定；（8）煙霧傳輸時間測試：從最端采樣孔引入煙霧樣品，到進入探測器內的最長時間不超過120 s；（9）報警響應時間測試：從煙霧樣品進入探測器到發出報警的時間不大于60 s；（10）從每根采樣管的任意采樣孔輸入煙霧樣品，探測器就有相應的報警；（11）系統故障、氣流故障、指示燈自檢、復位、消音及報警隔離等功能測試；（12）集中顯示和控制功能測試；（13）連接于吸氣式感煙火災探測系統中的所有報警裝置，如警鈴、聲光報警裝置以及聯動功能等測試；（14）與氣體滅火主機聯動測試：吸氣式感煙火災探測報警主機第三個報警信號能否輸出到氣體滅火主機，驅動氣體滅火主機發出預警測試。

5 結語

機房中的火災風險主要有以下幾種：電氣火災、靜電產生火災、雷擊等強電侵入導致火災、來自機房外部。實踐證明當普通感煙探測器報警時，電線、電纜已燒毀，無法再使用。同時，為了增加阻燃性，機房設備的電線、電纜的塑料絕緣層加入了鹵化物和磷酸鹽之類的添加劑，雖然減緩了火勢蔓延，但產生過量的煙霧、腐蝕性氣體和有毒氣體，使運行中的元件受損。因此，需要在煙霧形成之前，就能及時發現火情，將火災撲滅在萌芽中，避免形成濃煙和不必要的滅火劑噴灑。而普通點型感煙探測器必須被動地等待煙霧聚集到足夠濃度才報警，這就限制了它在此環境中的使用。

而吸氣式感煙火災探測系統具有靈敏度高、維護簡單、運行穩定、誤報率低可靠安全等優點，能較早探測出電氣設備、電纜、電線因故發熱，而未產生可見煙霧的隱患，從而避免電氣火災的發生。但因設備較為昂貴，沒有在各行各業得到廣泛應用。在較為重要的計算機機房、變配電室等場所，應用較多。前些年，吸氣式感煙火災探測系統只作為單獨的極早期火災報警用。近年來，在很多場所包括大、中型數據中心、軌道交通等，都把吸氣式感煙火災探測系統的輸出，作為氣體滅火系統的煙感預警輸入信號，取代或部分替代了傳統氣體滅火系統中的普通煙感探頭。